กลไก ของ การออกกำลังกาย

กล้ามเนื้อโครงร่าง

การฝึกโดยใช้น้ำหนักและการทานอาหารต่อมาที่มีโปรตีนมากจะโปรโหมตให้กล้ามเนื้อโตขึ้น ทำให้กล้ามเนื้อแข็งแรงขึ้นโดยกระตุ้นการสังเคราะห์โปรตีนกล้ามเนื้อ (MPS) และระงับการสลายโปรตีนกล้ามเนื้อ (MPB) ในเส้นใยฝอยกล้ามเนื้อ [90][91]การฝึกโดยใช้น้ำหนักกระตุ้นกระบวนการ MPS ผ่านปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชันของโปรตีนคือ mechanistic target of rapamycin (mTOR) และการก่อกัมมันต์ต่อมาของ mTORC1 ซึ่งทำให้เซลล์สังเคราะห์โปรตีน (protein biosynthesis) ภายในไรโบโซม ผ่านปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชันของโปรตีนเป้าหมายของ mTORC1 คือ p70S6 kinase และ 4EBP1[90][92]การระงับ MPB หลังจากทานอาหารเกิดผ่านการเพิ่มอินซูลินในเลือดเป็นเหลัก[90][93][94]กลไกของ MPS และ MPB ที่ว่าทั้งสองนี้พบด้วยเมื่อทานอาหารเสริมคือ β-hydroxy β-methylbutyric acid (HMB)[90][93][94][95]

การออกกำลังกายแบบแอโรบิกเพิ่ม mitochondrial biogenesis[upper-alpha 1]และเพิ่มสมรรถภาพของวิถีเมแทบอลิซึม oxidative phosphorylation[upper-alpha 3][98][90][99]ผลเช่นนี้เกิดขึ้นผ่านการเพิ่มอัตราส่วนของอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต:อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (AMP:ATP) ภายในเซลล์เพราะการออกกำลังกายดังนั้น จึงจุดชนวนการก่อกัมมันต์ของ AMP-activated protein kinase (AMPK) ซึ่งต่อมาเพิ่มหมู่ phosphoryl ให้แก่ peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1α (PGC-1α) ซึ่งเป็นยีนควบคุมหลัก (master regulator) ของ mitochondrial biogenesis[90][99][100]

ผังแสดงการถ่ายโอนสัญญาณอย่างต่อเรียง (molecular signaling cascade) ที่รวมการสังเคราะห์โปรตีนกล้ามเนื้อ (MPS ) และ mitochondrial biogenesis[upper-alpha 1] ซึ่งเป็นการตอบสนองต่อการออกกำลังกายและต่อกรดอะมิโนโดยเฉพาะ ๆ หรือสารอนุพันธุ์ของมัน (โดยหลัก L-leucine และ Beta-Hydroxy beta-methylbutyric acid [HMB])[90]กรดอะมิโนหลายอย่างที่ทำมาจากโปรตีนอาหารจะโปรโหมตการก่อกัมมันต์ของ mTORC1 และเพิ่มการสังเคราะห์โปรตีนโดยถ่ายโอนสัญญาณผ่าน Rag GTPase[90][101]

ตัวย่อ

• PLD: phospholipase D
• PA: phosphatidic acid
• mTOR: mechanistic target of rapamycin
• AMP: adenosine monophosphate
• AMP: อะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต
• ATP: อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต
• AMPK: AMP-activated protein kinase
• PGC‐1α: peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1α
• S6K1: p70S6 kinase
• 4EBP1: eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein 1 (EIF4EBP1)
• eIF4E: eukaryotic translation initiation factor 4E
• RPS6: ribosomal protein S6
• eEF2: eukaryotic elongation factor 2
• RE: resistance exercise; EE: endurance exercise
• Myo: myofibrillar; Mito: ไมโทคอนเดรีย
• AA: กรดอะมิโน
• HMB: β-hydroxy β-methylbutyric acid
• ↑ หมายถึงการเกิดสภาพกัมมันต์
• Τ หมายถึงการยับยั้ง

การฝึกโดยใช้น้ำหนักจะกระตุ้นการสังเคราะห์โปรตีนกล้ามเนื้อ (MPS) ระยะหนึ่งจนถึง 48 ชม. หลังออกกำลังกาย (แสดงเป็นเส้นประ)[91] การทานอาหารโปรตีนสูงในช่วงนี้จะเพิ่ม MPS เพราะการออกกำลังกาย (แสดงเป็นเส้นทึบ)[91]

อวัยวะอื่น ๆ

ในเรื่องการปรับตัวระยะยาวการออกกำลังกายแบบแอโรบิกเป็นเหตุให้หัวใจและหลอดเลือดส่วนกลางหลายอย่างปรับตัว รวมทั้งการเพิ่มปริมาตรเลือดที่ปัมพ์ออกจากหัวใจห้องล่างซ้าย (SV)[102],สมรรถภาพการใช้ออกซิเจนสูงสุด (VO2 max)[102][103]และการลดอัตราหัวใจเต้นช่วงพัก (RHR)[104][105][106]การปรับตัวระยะยาวต่อการฝึกโดยใช้น้ำหนัก ซึ่งเป็นรูปแบบการออกกำลังกายแบบอะแนโรบิกที่สามัญที่สุด ก็คือกล้ามเนื้อโต (muscular hypertrophy)[107][108]การเพิ่มขนาดตามตัดขวางของกล้ามเนื้อ (physiologic cross-sectional area, PCSA) และการเพิ่มกำลังขับกระแสประสาท/ทางประสาท (neural drive)[109][110]โดยสองอย่างหลังจะทำให้กล้ามเนื้อแข็งแรงขึ้น[111]การปรับตัวทางประสาทจะเกิดเร็วกว่าและถึงขีดสูงสุดก่อนที่กล้ามเนื้อจะโต[112][113]

งานวิจัยได้แสดงว่า ประโยชน์บางอย่างของการออกกำลังกายมาจากการหลั่งสารของกล้ามเนื้อโครงร่างคือกล้ามเนื้อที่หดเกร็งจะปล่อยสารหลายชนิดในกลุ่ม myokine ซึ่งโปรโหมตการเติบโตของเนื้อเยื่อ, การซ่อมแซมเนื้อเยื่อ, และกิจต้านการอักเสบหลายอย่าง ซึ่งก็ลดความเสี่ยงโรคที่เกิดจากการอักเสบต่าง ๆ[114]การออกกำลังกายยังลดระดับฮอร์โมนสเตอรอยด์คือ cortisol ซึ่งหลั่งเมื่อเครียดและสร้างปัญหาทางสุขภาพกายและใจหลายรูปแบบ[115]การออกกำลังกายก่อนอาหารเพื่อเพิ่มความอดทน จะลดระดับกลูโคสในเลือดได้มากกว่าออกกำลังหลังอาหาร[116]

มีหลักฐานว่าการออกกำลังกายแบบหนัก (90-95% ของ VO2 max) จะทำให้หัวใจโตมากกว่าออกกำลังกายแบบปานกลาง (40-70% ของ VO2 max) แต่ก็ยังไม่รู้ว่านี่มีผลต่อความเจ็บป่วยหรือการตายหรือไม่[117]การออกกำลังกายทั้งแบบแอโรบิกและอะแนโรบิกล้วนเพิ่มประสิทธิภาพทางกลศาสตร์ของหัวใจโดยเพิ่มปริมาตรหัวใจ (การออกกำลังกายแบบแอโรบิก) หรือเพิ่มความหนาของกล้ามเนื้อหัวใจ (การฝึกโดยใช้น้ำหนัก)หัวใจห้องล่างที่โตขึ้น (ventricular hypertrophy) เพราะผนังที่หนาขึ้น โดยทั่วไปมีประโยชน์ถ้าเป็นการตอบสนองต่อการออกกำลังกาย

ระบบประสาทกลาง

ดูข้อมูลเพิ่มเติมที่: ผลทางประสาทชีวภาพของการออกกำลังกาย § สภาพพลาสติกในระบบประสาท

ผลของการออกกำลังกายต่อระบบประสาทกลางอำนวยโดยส่วนหนึ่งด้วยฮอร์โมน neurotrophic factor[upper-alpha 4]ที่กล้ามเนื้อหลั่งออกในเลือดรวมทั้ง brain-derived neurotrophic factor (BDNF), insulin-like growth factor 1 (IGF-1) และ vascular endothelial growth factor (VEGF)[36][51][121][122][123][124]